■褚福鵬

(1.福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司；2.福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350108)

1 工程背景

某人行天橋主橋?yàn)榭v向三跨、橫向兩榀的鋼框架結(jié)構(gòu)，縱向跨徑布置為5.25m+28.40m+5.25m，橋面橫向總寬6.50m。主梁工字鋼高1.20m，主梁間設(shè)間距1.95m的 工字型橫梁，梁高34.5cm；橫梁間設(shè)間距1.0m的[型截面小縱梁，梁高11.5cm。天橋梯道梁亦采用工字鋼梁，每側(cè)梯道分四個(gè)梯梁段，各梯梁段均采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)形式，梯道設(shè)一個(gè)懸挑段休息平臺(tái)。節(jié)點(diǎn)采用高強(qiáng)螺栓連接或直接焊接，所用高強(qiáng)螺栓等級(jí)為10.9級(jí)。下部結(jié)構(gòu)均為鋼管混凝土柱式墩，主墩直徑為0.53m，梯道墩直徑為0.33m。橋面板采用壓型鋼板混凝土組合板，壓型鋼板波高7.3cm，波寬14cm，板厚1.4mm。橋面鋪面磚，欄桿為1.16m高鋼柵式。設(shè)計(jì)荷載：人群荷載4.5kPa。

主橋主梁截面及節(jié)點(diǎn)布置詳見(jiàn)圖1。

圖1 主橋主梁截面及節(jié)點(diǎn)布置示意圖(單位：mm)

2 橋梁缺損狀況檢查評(píng)定

2.1 橋梁外觀缺損狀況檢查結(jié)果

(1)橋面系檢查：全橋鋼欄桿局部脫漆、生銹；全橋共四個(gè)鋼路燈桿，均存在脫漆銹蝕；廣告牌鋼支架、螺栓生銹。

(2)上部結(jié)構(gòu)檢查：主橋、梯道的鋼結(jié)構(gòu)主梁、橫梁、縱梁油漆均變色起皮、局部脫漆生銹。主梁與墩柱連接節(jié)點(diǎn)板、橫梁與縱梁連接節(jié)點(diǎn)板及螺栓均銹蝕較嚴(yán)重。

(3)下部結(jié)構(gòu)檢查：鋼管混凝土墩柱表面油漆均變色起皮、局部脫漆生銹。上部結(jié)構(gòu)未見(jiàn)基礎(chǔ)不均勻沉降引起的明顯變形、開(kāi)裂等異常現(xiàn)象，墩柱周邊地面未見(jiàn)明顯沉陷，基礎(chǔ)工作狀況未見(jiàn)明顯異常。

2.2 橋梁技術(shù)狀況評(píng)定

按規(guī)范要求對(duì)橋梁進(jìn)行BCI 計(jì)算、完好狀況評(píng)估，結(jié)果見(jiàn)表1，該鋼框架人行天橋完好狀態(tài)為B級(jí)，即該橋處于良好狀態(tài)。

表1 橋梁完好狀況評(píng)估結(jié)果

3 橋梁荷載試驗(yàn)

3.1 橋梁靜載試驗(yàn)及分析

(1)試驗(yàn)荷載

試驗(yàn)荷載采用預(yù)制的混凝土塊，混凝土塊尺寸均為0.8m×0.8m×1.6m，重 25.6kN。

(2)加載工況及荷載效率

試驗(yàn)所需加載預(yù)制塊布置，采用有限元模型計(jì)算分析而得。試驗(yàn)共2個(gè)工況。依據(jù)規(guī)范要求的試驗(yàn)荷載效率進(jìn)行加載，試驗(yàn)加載及測(cè)試內(nèi)容見(jiàn)表2。各工況加載布置詳見(jiàn)圖2、圖3所示。

表2 各工況加載及測(cè)試內(nèi)容匯總表

(3)測(cè)點(diǎn)布置及編號(hào)

主梁撓度檢測(cè)儀器為百分表，應(yīng)變檢測(cè)儀器為振弦式應(yīng)變計(jì)。試驗(yàn)測(cè)試控制截面為主橋中跨跨中、主橋中跨固結(jié)端，主橋中跨跨中編號(hào)為1號(hào)測(cè)試截面、主橋中跨固結(jié)端為2號(hào)測(cè)試截面。非加載側(cè)主梁撓度測(cè)點(diǎn)編為1號(hào)、加載側(cè)主梁撓度測(cè)點(diǎn)編為2號(hào)。加載側(cè)主梁下翼緣左側(cè)應(yīng)變?yōu)?測(cè)點(diǎn)、右側(cè)應(yīng)變?yōu)?測(cè)點(diǎn)。

（4）試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表3，撓度測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表4。

測(cè)試結(jié)果表明，所測(cè)最大拉應(yīng)變?yōu)?05με，最大壓應(yīng)變?yōu)?110με，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.27～0.65之間，最大相對(duì)殘余應(yīng)變?yōu)?.12%；所測(cè)最大撓度為7.34mm，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.52～0.72之間，最大相對(duì)殘余變形為9.49%。

圖2 工況一加載布置圖(單位：cm)

圖3 工況二加載布置圖(單位：cm)

表3 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果匯總表

表4 撓度測(cè)試結(jié)果匯總表

(5)靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，所測(cè)應(yīng)變與變形校驗(yàn)系數(shù)均滿足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》中規(guī)定的小于1.0的要求；相對(duì)殘余應(yīng)變與變形均滿足規(guī)范中規(guī)定的不大于20%的要求，橋梁各部件工作狀況未見(jiàn)明顯異常。表明結(jié)構(gòu)具有一定安全儲(chǔ)備。

3.2 橋梁自振特性試驗(yàn)及分析

(1)測(cè)點(diǎn)布置在試驗(yàn)跨均勻布置3個(gè)測(cè)試傳感器，詳見(jiàn)圖4。根據(jù)理論結(jié)果，試驗(yàn)中采樣頻率設(shè)置為100Hz，共采樣30min。

(2)試驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)測(cè)與理論計(jì)算的豎向第一階振型見(jiàn)圖5、圖6，自振頻率見(jiàn)表5。試驗(yàn)結(jié)果表明：橋梁實(shí)測(cè)基頻為4.89Hz，理論基頻為3.56Hz，均滿足《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的人行天橋豎向自振頻率不應(yīng)小于3Hz的要求。

圖4 測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖5 實(shí)測(cè)豎向一階振型圖

圖6 理論豎向一階振型圖

表5 橋梁豎向自振頻率實(shí)測(cè)值與理論值匯總表

4 橋梁承載能力檢算

根據(jù)本橋的結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)及截面形式，按規(guī)范對(duì)鋼框架主跨主梁強(qiáng)度、跨中拼接節(jié)點(diǎn)及梁端約束節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性和荷載作用下的變形進(jìn)行檢算。

其中主橋主梁部分拼接接頭采用全熔透對(duì)接焊縫拼接，經(jīng)檢測(cè)全熔透對(duì)接焊縫質(zhì)量等級(jí)均為二級(jí)，即焊縫等強(qiáng)與母材一致，無(wú)需對(duì)焊縫強(qiáng)度進(jìn)行檢算。

4.1 檢算參數(shù)

結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0均取1.0。

檢算荷載：結(jié)構(gòu)自重、人群荷載4.5kPa。

材料參數(shù)：鋼材強(qiáng)度為Q235級(jí)；節(jié)點(diǎn)高強(qiáng)度連接螺栓為10.9級(jí)。即鋼材抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度取f=215MPa(t≤16mm)，f=205MPa(t＞16～40mm)， 抗剪強(qiáng)度 fv=125MPa(t≤16mm)，fv=120MPa(t≤16mm)；C 級(jí) 螺 栓 抗 拉 ftb=170MPa，抗剪 fvb=140MPa，承壓 fcb=305MPa；高強(qiáng)螺栓鋼材抗拉強(qiáng)度為1000MPa，屈服強(qiáng)度為900MPa；按承壓型高強(qiáng)螺栓計(jì)算，螺栓抗拉ftb=500MPa，抗剪fvb=500MPa，承壓fcb=500MPa。

4.2 檢算系數(shù)

橋梁靜載試驗(yàn)中控制截面最大撓度(應(yīng)變)的校驗(yàn)系數(shù)為0.65，依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》，確定檢算系數(shù)Z2為1.08。

4.3 結(jié)構(gòu)分析模型

采用MIDAS/Civil橋梁計(jì)算分析軟件進(jìn)行建模，有限元模型共505個(gè)結(jié)點(diǎn)、532個(gè)梁?jiǎn)卧?84個(gè)板單元，鋼材均采用Q235級(jí)，混凝土橋面板。有限元模型見(jiàn)圖7。

圖7 結(jié)構(gòu)分析有限元模型

4.4 檢算結(jié)果

(1)主梁強(qiáng)度檢算

主跨跨中、主跨梁端最不利抗彎截面，主跨梁端最不利抗剪截面強(qiáng)度檢算結(jié)果詳見(jiàn)表6。

表6 主梁強(qiáng)度檢算結(jié)果匯總表

(2)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度檢算結(jié)果

對(duì)節(jié)點(diǎn)板螺栓摩擦承載力、承壓承載力、抗剪承載力，節(jié)點(diǎn)板、翼緣和腹板抗剪承載力進(jìn)行檢算，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度檢算結(jié)果匯總表

(3)整體穩(wěn)定性檢算

采用壓型鋼板混凝土組合橋面板，框架梁與橋面板有連接，并且在主梁上翼緣、下翼緣設(shè)有側(cè)向支撐橫梁。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，可不計(jì)算主梁的整體穩(wěn)定性。

(4)局部穩(wěn)定性檢算

對(duì)橋梁跨中截面和梁端截面進(jìn)行腹板、受壓翼緣穩(wěn)定性計(jì)算。

①腹板穩(wěn)定性檢算

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，跨中截面：

梁端截面：

主梁腹板穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

②受壓翼緣穩(wěn)定性檢算

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，跨中截面和梁端截面受壓翼緣：

主梁受壓翼緣穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

(5)荷載作用下的變形檢算

根據(jù)《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》，該橋梁由人群荷載計(jì)算的最大豎向撓度容許值[f]＝L/600（L為計(jì)算跨徑）。

計(jì)算結(jié)果表明該橋梁主跨撓度為15.48mm＜Z2[f]＝51.12mm，故主橋結(jié)構(gòu)撓度驗(yàn)算滿足要求。

5 檢測(cè)與評(píng)估結(jié)果分析

綜合橋梁缺損狀況檢查評(píng)定、荷載試驗(yàn)、承載能力檢算結(jié)果，檢測(cè)結(jié)果表明：該鋼框架人行天橋承載能力滿足設(shè)計(jì)荷載(人群荷載4.5kPa)作用下的安全使用要求，但橋梁部分部件出現(xiàn)銹蝕等缺損，需要對(duì)缺損部件進(jìn)行及時(shí)的小修保養(yǎng)，確保橋梁工程的使用耐久性。

6 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)該鋼框架人行天橋進(jìn)行承載能力檢測(cè)與評(píng)估，準(zhǔn)確把握了橋梁的承載安全狀況及結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀工作狀況，為該橋梁的安全運(yùn)營(yíng)、合理維護(hù)提供了支撐；

(2)該橋的靜載試驗(yàn)、自振特性試驗(yàn)為該類(lèi)型橋梁的進(jìn)一步研究、設(shè)計(jì)、改進(jìn)等積累了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

(3)本文的橋梁承載能力檢測(cè)與評(píng)估步驟、檢算方法可以為同類(lèi)橋梁的檢測(cè)評(píng)估提供借鑒。